CN103676734A - 一种主从模块结构的智能电力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主从模块结构的智能电力装置，属于智能配电站技术领域。本发明通过将可编程逻辑控制器引入到子模块中，大大减轻了主模块中可编程逻辑控制器的运算压力，系统扩展性显著增强，主模块可编程逻辑控制器不参与数据的前期处理，减少了系统资源，在外部扩展需求较大的场合，亦可以考虑用较低级的处理器，适度降低系统成本，同时通过增加对时模块对装置内的各个模块进行对时，使各子模块上送模块信息时具有与主模块相同的时标参考，解决了电力装置不配置统一的时间基准，装置各模块运行的时间差造成装置保护误判的问题。

Description

一种主从模块结构的智能电力装置

技术领域

本发明涉及一种主从模块结构的智能电力装置，属于智能配电站技术领域。

背景技术

目前的智能电力装置存在与背板的连线较多，数据总线距离较长，采样插件由于硬件差异，往往需要配合主模块中的可编程控制芯片进行A/D校准，当更换新的采样插件时需要重新进行A/D校准，现场维护中尤其不方便，并且运算及数据处理依赖主可编程逻辑控制器，当数据量较大时，可编程逻辑控制器运算压力较大，需要配置较高级的可编程逻辑控制器、运算内存芯片等，成本较高。且装置各模块具有独立的时钟系统，内部并未配置内同步时钟信号，也未配置能接收外界精确时钟信号的对时模块。当装置需配置依赖时序判断的精确保护时，存在一定缺陷。当I/O模块开出跳闸指令后，开入、开出模块间存在的延时，有可能造成断路器动作信号对应的开入量，存在较大延时的假象，使主控制器模块误判保护动作失败。

发明内容

本发明的目的是提供一种主从模块结构的智能电力装置，以解决目前的智能电力装置运算及数据处理依赖主可编程逻辑控制器导致成本高以及没有对时导致电力装置内各模块时间基准不统一的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种主从模块结构的智能电力装置，包括主模块和从模块，所述的主模块包括主控制器，所述的子模块至少包括模拟量采集模块和I/O模块，所述的模拟量采样模块包括采样子控制器以及与之连接的采样模块回路，所述的I/O模块包括I/O子控制器和I/O模块回路，所述的采样子控制器和I/O子控制器通过连接背板与主控制器通讯连接，所述的智能电力装置还包括用于对主模块和各从模块进行对时的对时模块。

所述的对时模块包括对时子控制器、主时钟和从时钟，所述的主时钟用于获取时钟信号并通过从时钟发送给对时子控制器，对时子控制器用于通过连接背板将对时信号发送给主控制器和从模块中的各子控制器。

所述的子模块还包括通讯模块，该通讯模块包括通讯子控制器和通讯模块回路，该通讯子控制器用于通过通讯模块回路管理外通讯端口，同时将板卡类型和通讯通道信息上送给主模块。

所述的子模块通过连接背板接入主模块后，背板上表示子模块在线状态的标识ID号通过硬件被激活，主模块对接入的子模块进行管理，主模块中的主可编程控制器对在线的子模块ID建立映射表，通过主模块与子模块之间数据传输，得到子模块的模块类别，完成子模块的自识别判定。

所述的对时模块自主实时地对智能电力装置中的主模块和从模块进行对时。

所述的对时模块接收主可编程逻辑控制器的启动命令后对装置中的各模块进行对时。

本发明的有益效果是:本发明通过将可编程逻辑控制器引入到子模块中，大大减轻了主模块中可编程逻辑控制器的运算压力，系统扩展性显著增强，主模块可编程逻辑控制器不参与数据的前期处理，减少了系统资源，在外部扩展需求较大的场合，亦可以考虑用较低级的处理器，适度降低系统成本，同时通过增加对时模块对装置内的各个模块进行对时，使各子模块上送模块信息时具有与主模块相同的时标参考，解决了电力装置不配置统一的时间基准，装置各模块运行的时间差造成装置保护误判的问题。

附图说明

图1是没有增加对时模块的智能电力装置结构图；

图2是增加对时环节的智能电力装置对时示意图；

图3是基于主从控制器模块的装置通讯对时时序图；

图4是本发明的主从模块结构的智能电力装置架构图；

图5是本发明基于对时模块的电力装置通讯对时时序图；

图6是本发明实施例中的主从模块结构的智能电力装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明应用对象为配电站综合控制系统中的综合采集、控制装置，此类装置一般安装在常规的开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，各设备的通讯联络，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。

本发明的智能电力装置对内部模块的功能进行了重新定义，主控制器模块负责数据分析、保护功能；子控制器（模拟量采集、数字量采集、通讯管理等）内部进行数据采集、数据合并处理，存储采样通道校准信息等操作，可通过高速通讯端口与主控制器进行交互。如图1所示，该装置由3大部分组成：主模块、子模块和连接背板。以模拟量采集、数据量采集、通讯模块为典型扩展子模块为例，大体描述了主控制器模块与子控制器模块数据的交互方式及子控制器模块内部模拟信号、I/O信号、通讯信号、控制信号的相互传递关系。

主控制器模块是装置的控制中心，负责对装置内部所有资源的管理，具体包括子模块的识别，子模块数据的选通及数据切换，系统的保护判据，并与上层单元（如人机单元、监控中心等）进行交互。主模块对子模块的资源的调用，可用内部映射完成。例如A/D子模块包含n条电压采集、m条电流采集通道，其内部配置信息通过子模块与主模块间的通讯传输到主模块中，在主模块中建立虚拟m+n条具备映射关系采样通道，进而对整个装置内部其他扩展模块进行数据的配置，完成系统的框架。连接背板包括子模块硬件标识的ID号、数据总线及模块电源端子。可将各子模块采集的信息通过通讯总线传输到主模块中，并为各模块提供工作电源。系统通过背板确定模块位置，但不依赖背板识别插件类型。除主模块外，子模块均为统一接口设计，背板总线均一致，统一电源及通讯总线位置。子模块集成可编程逻辑控制器，子模块内部完成数据处理，通过背板的通讯总线与主模块的可编程逻辑控制器进行数据交互。

增加对时环节的主从模块结构的智能电力装置对时示意图如附图2所示。对时环节的实现从对时方法上分为以下2种：基于主从控制器模块的对时（如附图2中虚箭头所示）；基于对时模块的对时（如附图2中实箭头所示）。增加对时环节的基于主从控制器模块结构的智能电力装置与附图1中装置系统图类似，均由主控制器模块、连接背板、子模块3大部分组成。装置的对时是通过在主控制器模块和子模块的控制芯片中传输带有时钟信号的信息来完成的，在此种对时方法下，装置各模块可采用通讯对时或电信号对时的方式进行对时。若采用通讯对时方式，对时过程如附图3所示，复用主控制器模块与子模块之间的通讯通道，当插入子模块时，主控制器模块可对其进行初始化操作并按照某种通信协议向各子模块发送时钟信号描述信息，子模块接收成功后可以向主控制器模块回复对时成功信息。若采用电信号对时方式，可采用脉冲PPS、PPM、PPH对时或IRIG-B码等各种电信号对时方式，主控制器模块定点对各子模块进行对时。

图4为基于对时模块的主从控制器模块结构智能电力装置架构图，图中增设对时模块，系统由主控制器模块、连接背板、子模块、对时模块4部分组成。在此种架构下，对时模块可通过2种方式对装置各模块进行对时：对时模块实时对主控制器模块及装置各子模块对时；主控制器模块向对时模块发送启动对时指令，对时模块接收到指令后，再对装置各模块进行对时。

图5为采用通讯对时方式的装置对时时序图。对时模块可通过上述2种方式对装置各模块进行对时。不论是基于主从控制器模块还是基于对时模块的对时方法，经过对时后装置各模块都可以具有统一的时钟信号，保证装置可以配置精确的保护功能，但该时钟信号不一定与外部GPS时钟保持一致。若装置在对时操作前先接收外部GPS信号并以该时钟信号为基准进行对时，则对时完成后装置各模块都具有与GPS同步的时钟。

实施例

本实施例中的主从模块结构的智能电力装置如图6所示，包括主控制器模块、子模块、连接背板和对时模块，主控制器模块包括主控制器、存储单元和运算单元，其中子模块包括模拟量采样子模块、I/O子模块和通讯子模块，模拟量采样子模块包括互相连接的采样模块内部回路和采样子控制器，采样模块内部回路的输入端用于连接外部信号，采样子控制器通过连接背板与主控制器相连，I/O子模块包括互相连接的I/O内部回路和I/O子控制器，I/O内部回路的输入端用于连接外部信号，I/O子控制器通过连接背板与主控制器相连，通讯子模块包括互相连接的通讯内部回路和通讯子控制器，通讯内部回路的输入端用于连接外部通讯接口，通讯子控制器通过连接背板与主控制器相连，对时模块包括子控制器、内部时钟、从时钟和主时钟，主时钟用于获取时钟信号并通过从时钟发送给对时子控制器，对时子控制器用于通过连接背板将对时信号发送给主控制器和从模块中的各子控制器。

主控制器模块是装置的控制中心和资源管理中心，负责子模块的识别、子模块数据的选通及数据切换、系统对时（需进行对时控制时）、系统的保护配置，并与HMI进行交互，对装置内部所有资源进行管理。连接背板一方面可将各子模块的数据信息按照一定内部协议通过通讯总线传输到主控制器模块，接收主控制器模块发出的信息指令并输出给各子模块；另一方面在一定的对时方式下可完成启动对时信号及时钟信号在装置各模块中的传输并为装置各模块提供工作电源。

子模块根据不同的模块类型可完成数据的采集、输出开出量信息以及通讯等功能，子模块可通过连接背板与主控制器模块进行交互，上送模块信息和数据信息并接收主控制器模块下发的系统配置信息及控制指令。对时模块内部时钟同步系统可以根据需求选择不同的配置，本实施例中采用主备式时钟同步系统配置。时钟同步系统由2台主时钟、多台从时钟、内部时钟及其信号传输介质组成。对时模块也可灵活选择内同步或外同步时钟同步配置方式，若选择外同步时钟同步配置方式，则可以同时接收外部无线（如GPS、BD）和有线两种类型的精确时钟信号。对时模块可选择自主或受控模式同时对所有模块进行对时，若选择受控对时模式，则在接收到主控制器模块下发的启动对时指令后再进行对时操作。

装置对时过程如下：对时模块接入装置后，自动完成初始化操作；对时模块选择任一种时钟同步配置方式（内同步或外同步）；对时模块根据选择的时钟同步配置方式及自主/受控对时模式通过连接背板采用B码、脉冲信号对时等方式对各模块进行对时。

Claims (6)

1.一种主从模块结构的智能电力装置，包括主模块和从模块，其特征在于，所述的主模块包括主控制器，所述的子模块至少包括模拟量采集模块和I/O模块，所述的模拟量采样模块包括采样子控制器以及与之连接的采样模块回路，所述的I/O模块包括I/O子控制器和I/O模块回路，所述的采样子控制器和I/O子控制器通过连接背板与主控制器通讯连接，所述的智能电力装置还包括用于对主模块和各从模块进行对时的对时模块。

2.根据权利要求1所述的主从模块结构的智能电力装置，其特征在于，所述的对时模块包括对时子控制器、主时钟和从时钟，所述的主时钟用于获取时钟信号并通过从时钟发送给对时子控制器，对时子控制器用于通过连接背板将对时信号发送给主控制器和从模块中的各子控制器。

3.根据权利要求2所述的主从模块结构的智能电力装置，其特征在于，所述的子模块还包括通讯模块，该通讯模块包括通讯子控制器和通讯模块回路，该通讯子控制器用于通过通讯模块回路管理外通讯端口，同时将板卡类型和通讯通道信息上送给主模块。

4.根据权利要求3所述的主从模块结构的智能电力装置，其特征在于，所述的子模块通过连接背板接入主模块后，背板上表示子模块在线状态的标识ID号通过硬件被激活，主模块对接入的子模块进行管理，主模块中的主可编程控制器对在线的子模块ID建立映射表，通过主模块与子模块之间数据传输，得到子模块的模块类别，完成子模块的自识别判定。

5.根据权利要求4所述的主从模块结构的智能电力装置，其特征在于，所述的对时模块自主实时地对智能电力装置中的主模块和从模块进行对时。

6.根据权利要求4所述的主从模块结构的智能电力装置，其特征在于，所述的对时模块接收主可编程逻辑控制器的启动命令后对装置中的各模块进行对时。

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